化工原理+第三章+機(jī)械分離與固體流態(tài)化

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1、第三章機(jī)械分離與固體流態(tài)化3.1過濾3.2沉降3.3固體流態(tài)化3.1過濾3.1.1概述3.1.2過濾基本方程3.1.3過濾常數(shù)的測定3.1.4濾餅洗滌3.1.5過濾設(shè)備及過濾計算3.1.1概述濾餅過濾其基本原理是在外力（重力、壓力、離心力）作用下，使懸浮液中的液體通過多孔性介質(zhì)，而固體顆粒被截留，從而使液、固兩相得以分離，如圖3-1所示。3.1.1概述1．過濾介質(zhì)過濾過程所用的多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)，過濾介質(zhì)應(yīng)具有下列特性：多孔性、孔徑大小適宜、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有織物介質(zhì)（如棉、麻、絲、毛、合成纖維、金

2、屬絲等編織成的濾布）、多孔性固體介質(zhì)（如素瓷板或管、燒結(jié)金屬等）。固體顆粒被過濾介質(zhì)截留后，逐漸累積成餅（稱為濾餅），如前圖3-2所示。3.1.1概述2．過濾推動力在過濾過程中，濾液通過過濾介質(zhì)和濾餅層流動時需克服流動阻力，因此，過濾過程必須施加外力。外力可以是重力、壓力差，也可以是離心力，其中以壓力差和離心力為推動力的過濾過程在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。3.1.1概述3．濾餅的壓縮性和助濾劑（1）壓縮性若形成的濾餅剛性不足，則其內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)將隨著濾餅的增厚或壓差的增大而變形，空隙率減小，稱這種濾餅為可壓縮濾餅，反之，若濾餅內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)不變

3、形，則稱為不可壓縮濾餅。3.1.1概述3．濾餅的壓縮性和助濾劑（2）助濾劑若濾漿中所含固體顆粒很小，或者所形成的濾餅孔道很小，又若濾餅可壓縮，隨著過濾進(jìn)行，濾餅受壓變形，都使過濾阻力很大而導(dǎo)致過濾困難?？刹捎弥鸀V劑以改善濾餅的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其剛性。助濾劑通常是一些不可壓縮的粉狀或纖維狀固體，能形成結(jié)構(gòu)疏松的固體層。常用的助濾劑有：硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉等。3.1.2過濾基本方程將孔道視為長度均為le的一組平行細(xì)管，流體在細(xì)管中的平均流速u1，同時考慮到濾餅較薄，廣義壓力降可近似用壓力降代替，則：式中u1?流體的真實(shí)流速，m/s；?p1

4、?通過濾餅的壓力降，N/m2；??濾液的粘度，N?s/m2；de?濾餅層孔道的當(dāng)量直徑，m；le?孔道的平均長度，m。（3－1）3.1.2過濾基本方程在單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液量為瞬時過濾速度u：式中q?單位過濾面積所得的濾液量，q=V/A，m3/m2；A?過濾面積，m2。V——濾液量令?表示濾餅層空隙率（?=空隙體積/濾餅層體積），則：取le=CL，式3-1中的de采用水力當(dāng)量直徑，則：3.1.2過濾基本方程令顆粒比表面積a=顆粒表面積/顆粒體積，則：將上述幾式式代入式3-1，整理得：r稱為濾餅的比阻，與濾餅的結(jié)構(gòu)有關(guān)?？蓧嚎s濾

5、餅的s大約為0.2?0.8。不可壓縮濾餅s=0。于是式3-2可寫成：（3－2）式中?p1為過濾推動力，?rL可視為濾餅阻力。（3－3）3.1.2過濾基本方程將介質(zhì)阻力折合成厚度為Le的濾餅阻力，式3-3成為：濾餅層厚度L為（3－4）令代入（3-4)中得或式中——過濾基本方程（3－5）（3－4a）3.1.2過濾基本方程1．恒壓過濾若過濾過程中保持過濾推動力（壓差）不變，則稱為恒壓過濾。對于指定濾漿的恒壓過濾，K為常數(shù)，積分式3-5得：或若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則以上兩式簡化為：3.1.2過濾基本方程2．恒速過濾若過濾時保持過濾速度不變，則

6、過濾過程為恒速過濾。代入式3-5中得：若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則以上兩式簡化為：對恒速過濾，有或3.1.3過濾常數(shù)的測定過濾計算要有過濾常數(shù)K、qe或Ve作依據(jù)。由不同物料形成的懸浮液，其過濾常數(shù)差別很大。即使是同一種物料，由于操作條件不同、濃度不同，其過濾常數(shù)亦不盡相同。過濾常數(shù)一般要由實(shí)驗(yàn)來測定。將恒壓過濾積分方程改寫成：此式表明，?/q與q之間具有線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中記錄不同過濾時間?內(nèi)的單位面積濾液量q，將?/q對q作圖，得一直線，直線的斜率為1/K，截距為2qe/K，由此可求出K、qe。用上述方法可以測出不同壓差條件下的K值，再根

7、據(jù)K與?p關(guān)系式3-4a，有可見logK與log?p成直線關(guān)系，由直線的斜率可求出壓縮指數(shù)s。3.1.3過濾常數(shù)的測定例3-1過濾常數(shù)測定CaCO3粉末與水的懸浮液在恒定壓差1.17?105Pa及25℃下進(jìn)行過濾，試驗(yàn)結(jié)果列于表3-1，過濾面積為400cm2，求此壓差下的過濾常數(shù)K和qe。表3-1恒壓過濾試驗(yàn)中的V??數(shù)據(jù)過濾時間?s6.819.034.553.476.0102.0濾液體積Vl0.51.01.52.02.53.03.1.4濾餅洗滌1．洗滌速度若洗滌壓力與過濾終了時的操作壓力相同式中?、?w分別為濾液、洗滌液的粘度，L、Lw

8、分別為過濾終了時濾餅厚度、洗滌時穿過的濾餅厚度。由過濾基本方程可知：式中V是過濾終了時的濾液量洗滌速度：3.1.4濾餅洗滌2．洗滌時間?w設(shè)洗滌液用量為Vw，則洗滌時間：3.1.5過濾設(shè)備及過